第三章 铁碳相图

2 .白口铸铁的结晶过程分析
(1)共晶生铁结晶过程分析(wc=4.3%)
共晶白口铁组织金相图
(2)亚共晶生铁结晶过程分析(2.11%<wc<4.3%)
亚共晶白口铁组织金相图
(3)过共晶生铁结晶过程分析(4.3%<wc<6.69%)
过共晶白口铁组织金相图
第四节
含碳量与铁碳合金组织及性能的关系
选择题: 1.珠光体是下述（ A.共晶反应 A.珠光体 A.珠光体 ）反应的产物。 B.匀晶反应 B莱氏体 C铁素体 C.共析反应 ）。 D奥氏体 E.渗碳３
2．铁碳合金的基本组织中属于基本相的有（
3.共析钢室温下的平衡组织为（
B.奥氏体
）。
）组成。
C.渗碳体
4.亚共析钢室温下的平衡组织都是由（
A.先析铁素体和珠光体
2.将碳质量分数分别为0.45%，0.77%，1.20%的碳 钢试样A、B、C进行力学性能试验和金相显微组织 观察，试回答下列问题： （1）它们的室温平衡组织分别是： A________,B___________,C_____________。 （2）_____________试样的组织中有渗碳体网 存在。 （3）_____________试样铁素体量最多。 （4）_____________试样渗碳体量最多。 （5）___________试样的塑性最好。 _____________试样的塑性最差。 （6）____________试样的强度最好 ,_____________ 试样的硬度最高。
1.试用Fe－Fe3C相图解释下列现象: （1）进行热轧或锻造时，通常将钢材加热至10000C～ 12500C； （2）钢铆钉一般用低碳钢（wc＜0.25％）制作； （3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起 重机吊重物却用钢丝绳［由60钢（wc=0.60％）、65 钢（wc=0.65％）、70钢（wc=0.70％）等制成〕； （4）在1100℃时，wc=0.4％的铁碳合金可进行锻造 ，而wc=4.0％的铁碳合金不能锻造； （5）钳工锯削T8钢（wc=0.8％）、T10钢（wc=1.0％ ）、T12钢（wc=1.2％）等钢料比锯削10钢（wc=0.10 ％）、20钢（wc=0.20％）等钢料费力，锯条易磨钝
A
E
1148℃
( A+Fe3C )
S A+F F P ( F+ Fe3C )
A+ Fe3CⅡ
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C ) 4.3%C
K
Ld’+Fe3CⅠ 6.69%C Fe3C
P
Q P+F P+Fe3CⅡ 0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
3. 两种反应： (1)共晶反应
一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。 1148 ℃
L 4.3%c
A2.11%c+Fe3C6.69%c
共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)
莱氏体（ Ld ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 性能---硬度高，塑性差。
3.铁碳合金的分类
工业纯铁
含碳量小于0.02%的铁碳合金。
铁碳 合金
碳钢
含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根 据金相 组织的不同，可分为三种。 共析钢： 含碳量为0.77%; 亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间； 过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；
含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。
渗碳体组织金相图
第二节
Fe - Fe3C 相图
T°
一、Fe - Fe3C 相图分析
Fe
Fe3C
Fe - Fe3C 相图
A
T°
匀晶相图 L+A
L
1148℃ C
共晶相图
D L+ Fe3CⅠ F Ld+Fe3CⅠ 727℃
G 共析相图
A
E
( A+Fe3C )
S A+F F P ( F+ Fe3C )
A+ Fe3CⅡ
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C ) 4.3%C
K
Ld’+Fe3CⅠ 6.69%C Fe3C
P
Q P+F P+Fe3CⅡ 0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
L+A
G
D C L+ Fe3CⅠ F Ld+Fe3CⅠ 727℃
基本相 定义 力学性能 溶碳量
铁素体 碳在α-Fe中 强度,硬度低, 最大为 F 的间隙固溶体 塑性,韧性高 0.0218% 奥氏体 碳在γ-Fe中 强度,硬度较 最大为 A 的间隙固溶体 低,塑性,韧性 2.11% 较高 渗碳体 Fe与C的金属 硬而脆 6.69% Fe3C 化合物
奥氏体组织金相图
• 铁碳合金含碳量对平衡组织的影响 • 铁碳合金含碳量对力学性能的影响 • 铁碳相图的应用
一、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响
二、铁碳合金含碳量对力学性能的影响
低碳钢有良好的塑性、 韧性； 中碳钢既有较好韧性、 塑性，又有较好的强度、 硬度，即具有良好的综合
力学性能；
高碳钢具有高的硬度。
为了保证钢具有足够的强度和一定的塑性、韧性，工业上所 用碳钢的含碳量 一般都不超过 1.3％。
三 、铁碳相图的应用
1、选用材料：
由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而 导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来 选择不同含碳量的材料。
2、判断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比 例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含 碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制 和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热 处理。并且可以正确选择加热温度。
(2) 共析反应
一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的 新的固相的反应。
727 ℃
A2.11%c
F0.02%c+Fe3C6.69%c
共析反应的产物即珠光体 P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c
珠光体（ P ）： 铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。
1.3％
3.用中碳钢板弯制成图示的U形试样，在未弯至预定的形状前 ，已在钢板的外沿出现裂纹。试问这是由于材料的哪种机械性 能不足造成的？为避免钢板外沿开裂，应改用低碳钢还是高碳 钢？为什么？
δ - Fe γ - Fe
912℃
α - Fe
纯铁的冷却曲线 时间
一、纯铁的同素异构转变
δ - Fe
1394 °C
γ - Fe
面心立方
912 °C
α - Fe
体心立方
体心立方
特点： • 是形核与长大的过程（重结晶） • 将导致体积变化（产生内应力） • 通过热处理改变其组织、结构→ 性能
二、铁碳合金的基本相
1. 铁碳合金相图中主要特性点的含义
特性点 的符号 A C D E G P S Q 温度/ ℃ 1538 1148 1227 1148 912 727 727 室温 含碳量 wc% 0 4.30 6.69 2.11 0 含义
纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 α-Fe γ-Fe同素异晶转 变点 0.0218 碳在铁素体中的最大溶解度 0.77 共析点 0.0008 碳在铁素体中的溶解度
白口 铸铁
共晶白口铸铁：
含碳量为4.3%;
亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；
二、典型铁碳合金的结晶过程及组织
1.碳钢的结晶过程分析
1）共析钢（T8钢）
1点以上 L 1～2 L＋A 2～3 A 3点 A→P 3点以下 P
共析钢组织金相图
作 业
义，并填写各区域组织。
三
1.默画简化的 Fe－Fe3C相图，说明相图中各特性点、线的含
2.含碳量分别为0.20％，0.45％，0.80％，1.3％的碳钢，自 液态缓冷至室温后，所得组织有何区别？并定性地比较这四种 钢的σ b和HRC 。
含碳量
室温组织 σb HRC
0.20％
0.45％
0.80％
第三章 铁碳合金相图
纯铁的同素异构转变形成Fe - Fe3C 相图组元和基
本组织的结构与性能。 Fe - Fe3C 相图的建立与分析。 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。 Fe - Fe3C 相图的应用。
第一节 铁碳合金的组元与基本相
1600 温 1500 度 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 1538℃ 1394℃
2.相图中主要线的含义 ACD线—液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的 温度线。 AECF线—固相线 合金冷却到该线时全部液态结 晶为固态。 ECF水平线—共晶线 含碳量为2.11%～6.69%的 铁碳合金冷却到此线时，会发生共晶反应。 PSK水平线—共析线（A1线） 含碳量为0.0218%～ 6.69%的铁碳合金，在结晶过程中遇到该线会发生共 析反应。 GS线—（A3线） 是冷却时奥氏体中析出铁素体的 开始线。 ES线—称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实 际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线